Анализ гидродинамических характеристик нестационарного потока расплава полимера в расплавопроводах плавильно-формовочных машин

• Автор: Соляр, Ярослав Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 302 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

1.1 Физика процесса экструзии и формования химических волокон из расплава

1.2 Обобщенный анализ схем расплавопроводов и формовочной части ПФМ

1.3 Особенности течения вязкого полимера в гидротрактах расплавопроводов

2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Обзор работ по теоретико-экспериментальному моделированию гидромеханических и гидродинамических процессов течения полимера в гидравлических полостях ПФМ
2.2 Обзор работ по физико-математическому моделированию течения полимера при различных конструктивных и технологических условиях
2.3 Выбор метода исследования гидродинамических характеристик потока в расплавопроводах ПФМ
2.4 Постановка задачи исследования
3 МОДЕЛЬ НЕСТАЦИОНАРНОГО, НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО
ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВА ПОЛИМЕРА В РАСПЛАВОПРОВОДАХ

3.1 Уравнение Навье-Стокса для случая нестационарного, неизотермического течения расплава полимера и его дискретизация

3.2 Расчетная схема аппроксимационного метода контрольных объемов для решения задач
3.3 Разработка дискретного аналога уравнений Навье-Стокса и теплового баланса для нестационарного, неизотермического течения расплава полимера
3.4 Разработка алгоритмического и программного обеспечения для моделирования течения расплава полимера по математической модели
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ЭВМ
ХАРАКТЕРИСТИК НЕСТАЦИОНАРНОГО, НЕИЗОТЕРМИ-
ЧЕСКОГО ПОТОКА ПОЛИМЕРА
4.1 Программа опытов
4.2 Проверка адекватности результатов математического моделирования с помощью разработанной методики
4.2.1 Представление результатов неизотермических опытов.
Проверка алгоритма анализа
4.2.2 Программа и результаты машинного эксперимента
4.3 Исследование гидравлических характеристик потока полимера на прямолинейном участке расплавопровода
4.3.1 Характеристики течения расплава полимера при Яе=5* 10'
4.3.2 Характеристики течения расплава полимера при 116=5* 10'
4.3.3 Изменение давления по времени при Ке=5* 10” и Яе=5* 10"
4.4 Исследование гидравлических характеристик потока полимера
на прямолинейном участке расплавопровода с перекрытием проходного сечения канала 25%
4.4.1 Характеристики течения расплава полимера при Яе=5* 10’
4.4.2 Характеристики течения расплава полимера при Яе=5* 10‘
4.4.3 Изменение давления по времени при Яе=5* 1О'3 и Яе=5*10'

4.5 Исследование гидравлических характеристик потока полимера на прямолинейном участке расплавопровода с перекрытием проходного сечения канала 50%
4.5.1 Характеристики течения расплава полимера при Re=5*10'3
4.5.2 Изменение давления по времени при Re=5*10'3
4.6 Исследование гидравлических характеристик потока полимера на прямолинейном участке расплавопровода с перекрытием проходного сечения канала 75%
4.6.1 Характеристики течения расплава полимера при Re=5*10'3
4.6.2 Изменение давления по времени при Re=5*lО"3
4.7 Исследование гидравлических характеристик потока полимера
на участке расплавопровода с изгибом (углом поворота а=90°)
4.7.1 Характеристики течения расплава полимера при Re=5*10'3 и радиусе кривизны изгиба RKp=ld
4.7.2 Характеристики течения расплава полимера при Re=5*10'2 и радиусе кривизны изгиба RK[:—1 <1
4.7.3 Характеристики течения расплава полимера при Re=5*10'3 и радиусе кривизны изгиба RKp=5d
4.7.4 Характеристики течения расплава полимера при Re=5*10'2 и радиусе кривизны изгиба RKp=5d
4.8 Исследование гидравлических характеристик потока полимера
на участке расплавопровода с расширением
4.8.1 Характеристики течения расплава полимера при Re=5*10'3 )
4.8.2 Характеристики течения расплава полимера при Re=5* 10"2
4.9 Исследование прочное расплавопроводов в нештатных динамических ситуациях на различных режимах формования
4.10 Выводы из анализа результатов экспериментальных данных
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

систем управления, проблематичной становится задача постановки эксперимента /41/ на физической модели или натурном образце. Особая проблема возникает в реализации гидродинамических опытов с высокотемпературным потоком вязкого полимера. Преобладающими причинами, создающими проблему, является не только техническая сложность, но и экономическая целесообразность.
В этом плане математическое моделирование указанных процессов с последующим анализом, использующим численные методы как этап, предваряющий физический эксперимент и упрощающий его, является неоспоримой альтернативой. В работах /42-44/ показана выгода и значимость математического моделирования в научных исследованиях, в том числе, в изучении процессов получения химических волокон.
Авторы /41/ излагают подходы и последовательности разработки математической модели процесса получения прядильного раствора, его подготовки к формованию и отделки нитей. Отмечается, что любое химическое производство может быть представлено как сочленение отдельных типовых процессов, в каждом из которых вещества претерпевают химические или физические изменения.
Попытка разработки математической модели гидродинамических процессов в изотермическом потоке полимера в расплавопроводах предпринята авторами работы /30/.
В этой работе выявлено ряд проблем численного анализа, с помощью которого выполнялись данные исследования. Проблемы касались физической постановки задачи гидродинамики потока в каналах с изгибами, особенностей течения полимера при скоростях, соответствующим числам Рейнольдса Р.е^10’4 - 10‘3 (режимы штатных ПФМ), и особенностям течения в режиме высокоскоростного формования, а также проблеме, связанной с устойчивостью и точностью счета.